CN111308305B - 一种半导体测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体测试领域，公开了一种半导体测试设备，其特征在于，包括设置在机架上的电控模块、测试模块、气源回路、散热模块；所述测试模块包括BIB测试板和SITE供电及信号板，所述BIB测试板和所述SITE供电及信号板分别与FT中间连接板无线材硬对接连接；所述BIB测试板正面设置有待测器件，所述BIB测试板背面连接有测试核心板，所述气源回路正对所述测试核心板设置，所述散热模块正对所述BIB测试板设置，用于对所述BIB测试板进行散热。本发明提供了一套完整的针对高速DUT的测试设备，实现了高速总线测试，还解决了测试过程中器件散热的难题。

Description

一种半导体测试设备

技术领域

本发明属于半导体测试领域，尤其是针对于高速测试无信号衰减场景，具体涉及一种半导体测试设备。

背景技术

随着半导体制造技术的飞速发展，高速、高容量的存储器层出不穷，对半导体存储器测试设备的需求也日益增加。

现有方案都是将测试系统和被测试器件（DUT）分开，将DUT放置在温箱中，支持宽范围的环境温度，而测试系统放置在常温环境中。测试系统和DUT通过PCB和连接器进行连接。

但是该方案无法解决某些特定场景的应用，例如针对高速总线的测试（> 1Gbps+），分开的测试设备和被测试单元，存在高频能量衰减过大的问题，同时在散热方面也有待改进。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一套完整的针对高速DUT的测试设备，由电控模块、测试模块、气源回路、散热模块、显示模块、机架等构成，实现了高速总线测试且无信号衰减，且可向下兼容低速测试。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种半导体测试设备，包括设置在机架上的电控模块、测试模块、气源回路、散热模块；

所述测试模块包括BIB测试板和SITE供电及信号板，所述BIB测试板为半导体测试设备的老化测试板卡，所述SITE供电及信号板用于为所述BIB测试板提供电源和驱动信号；

所述BIB测试板和所述SITE供电及信号板分别与FT中间连接板无线材硬对接连接；

所述BIB测试板正面设置有待测器件，所述BIB测试板背面连接有测试核心板，所述测试核心板用于产生施加于被测半导体器件的算法测试模式；

所述气源回路正对所述测试核心板设置，用于对所述测试核心板进行温度调节；

所述散热模块正对所述BIB测试板设置，用于对所述BIB测试板进行散热。

优选地，所述气源回路包括释放阀、调压阀、气源进气孔、气源出气孔；

所述释放阀、调节阀设置在所述机架上，所述气源进气孔、气源出气孔设置在所述测试模块的侧面。

优选地，所述BIB测试板、FT中间连接板、SITE供电及信号板处于机架同一层、依次水平对接。

优选地，所述BIB测试板与FT中间连接板之间通过金手指插接；和/或，所述SITE供电及信号板与FT中间连接板之间通过高速针状连接器进行连接。

优选地，所述FT中间连接板固定于所述机架上，所述BIB测试板、SITE供电及信号板均可拆卸地连接所述机架和所述FT中间连接板。

优选地，所述散热模块为风扇。

优选地，所述气源回路中的气体为CDA气体。

优选地，所述电控模块包含总电源旋转开关、断路器；

所述断路器在总电源旋转开关处设置有输入断路器和输出断路器两个断路器，所述输入断路器用于在外部工业用电向设备输入电流时起断路保护作用，防止外部输入电流过高造成设备损坏；所述输出断路器用于在设备电源向SITE供电及信号板输入电流时起断路保护作用，防止输入电流过高造成SITE供电及信号板损坏。

优选地，所述电控模块包含交换机；

设备的主机通过所述交换机与所述SITE供电及信号板相连，三者之间各自通过网线连接，交换机具有一个输入网口，多个输出网口，其中输入网口连接所述SITE供电及信号板，输出网口的其中一个与主机连接。

优选地，所述BIB测试板的背面为密封腔体，所述密封腔体分为若干独立的腔室，每个腔室均设有一套气体散热结构，分别进行散热；

所述气体散热结构包括进气管、喷气口；

沿所述进气管的气流方向依次开设若干所述喷气口，气体从所述进气管的一端压入，经所述喷气口喷向所述测试核心板，并从所述气源出气孔将腔体内热量导出。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明的半导体测试设备，提供了一套完整的针对高速DUT的测试设备，由电控模块、测试模块、气源回路、散热模块、显示模块、机架等构成；测试模块中的BIB测试板、FT中间连接板、SITE供电及信号板之间无需线材、直接硬对接依次连接，三者紧密连接，测试精度高，高频能量衰减较小，实现了高速总线测试，且可向下兼容低速测试；并且将核心测试板直接设置在BIB测试板下方，两者通过连接器连接，进一步缩短了核心测试板与被测试器件的距离，进一步降低测试信号的衰减；且FT中间连接板是固定式的，不同型号批次的BIB测试板可以拆卸安装，若对应的SITE供电及信号板有所不同，也可通过SITE拆卸扳手相应地拆卸更换。

2、本发明的半导体测试设备，在电控模块方面，本设备的断路器在总电源旋转开关处设置有输入断路器和输出断路器两个断路器，所述输入断路器用于在外部工业用电向设备输入电流时起断路保护作用，防止外部输入电流过高造成设备损坏；所述输出断路器用于在设备电源向SITE供电及信号板输入电流时起断路保护作用，防止输入电流过高造成SITE供电及信号板损坏。

3、本发明的半导体测试设备，在电控模块方面，主机通过交换机与SITE供电及信号板相连，三者之间各自通过网线连接，交换机具有一个输入网口，多个输出网口，其中输入网口连接SITE供电及信号板，输出接口的其中一个与主机连接。这样的设计，使得交换机可以扩展SITE供电及信号板的调试接口，更加有利于SITE供电及信号板的调试。

4、本发明的半导体测试设备，BIB测试板为腔体结构，测试时被测DUT直接处于操作环境中，而测试系统的核心部件ALPG板处于密封腔体内部，腔体内部设计专用隔热、导热、散热、压力控制、板间连接及密封等结构，可以充分保护测试系统核心器件。

5、本发明的半导体测试设备，密封腔体分为若干独立的腔室，分别进行散热，每个腔室均构造一套CDA散热结构，将腔体内部的热量迅速导出；通过采用密封腔体隔离且单独散热的办法，解决了测试过程中器件散热的难题，同时又解决了高速总线测试的难题。

6、本发明的半导体测试设备，因进气管沿气体流向各喷气孔直径大小不一，根据压力损失模拟计算确定，可使各核心板温度一致，从而保证了所有核心板能够长时间在密闭环境中正常工作，避免了恶劣高温环境的冲击，降低高低温下器件失稳的可能性，保证了测试信号质量，延长了测试系统寿命。

7、本发明的半导体测试设备，通过构造导热垫压力控制结构，尤其是通过松紧螺钉，调节控制弹簧的压缩量，导热垫压力大小因此得到准确控制，提高了导热效果，确保了芯片的安全。

附图说明

图1是本发明实施例的半导体测试设备的整体示意图；

图2是本发明实施例的半导体测试设备的测试模块连接示意图；

图3是本发明实施例的半导体测试设备的BIB测试板、FT中间连接板、SITE供电及信号板的连接示意图；

图4是本发明实施例的半导体测试设备的BIB测试板腔体内部散热的俯视示意图；

图5是本发明实施例的半导体测试设备的BIB测试板腔体内部散热的侧视示意图；

图6是本发明实施例的半导体测试设备的BIB测试板腔体内部散热的主视示意图；

图7是本发明实施例的半导体测试设备的BIB测试板腔体结构的从上到下各部件示意图；

图8是本发明实施例的半导体测试设备的BIB测试板腔体结构的ALPG板与散热器连接示意图；

图9是本发明实施例的半导体测试设备的BIB测试板腔体结构的导热垫压力大小控制示意图；

图10是本发明实施例的半导体测试设备的BIB测试板腔体结构的PCB板与ALPG板连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

作为本发明的一种较佳实施方式，如图1-2所示，本发明提供一种半导体测试设备，包括设置在机架上的电控模块、测试模块、气源回路、散热模块、显示模块。

所述电控模块包含开关电源、断路器、交换机、总电源旋转开关、各支路操作开关、电源指示灯等构成，确保了整个设备的安全性和可操作性。各支路操作开关包括SITE电源开关、风扇电源开关、主机电源开关；电源指示灯包括SITE电源指示灯、风扇指示灯。本设备的断路器在总电源旋转开关处设置有输入断路器和输出断路器两个断路器，所述输入断路器用于在外部工业用电向设备输入电流时起断路保护作用，防止外部输入电流过高造成设备损坏；所述输出断路器用于在设备电源向SITE供电及信号板输入电流时起断路保护作用，防止输入电流过高造成SITE供电及信号板损坏。主机通过交换机与SITE供电及信号板相连，三者之间各自通过网线连接，交换机具有一个输入网口，多个输出网口，其中输入网口连接SITE供电及信号板，输出接口的其中一个与主机连接。这样的设计，使得交换机可以扩展SITE供电及信号板的调试接口，更加有利于SITE供电及信号板的调试。

如图2所示，所述测试模块包括处于机架同一层的、依次水平对接的BIB测试板（Burn-in Board 老化测试板卡）、FT中间连接板（Feed Thru Board）、SITE（老化驱动）供电及信号板。如图3所示，从右至左，所述BIB测试板、FT中间连接板、SITE供电及信号板之间没有连接线材，而是采用采用硬连接的方式。优选地，所述BIB测试板与FT中间连接板之间通过金手指插接；和/或，所述SITE供电及信号板与FT中间连接板之间通过高速针状连接器进行连接。

所述FT中间连接板固定于所述机架上，所述BIB测试板、SITE供电及信号板均可拆卸地连接所述机架和所述FT中间连接板。BIB测试板top面设置多个整列的socket，Bottom面上的扣板处于密闭隔热腔体中，使用CDA（压缩干空气）对高热器件散热。其中被测试器件置于BIB测试板上方的socket中。

本发明的半导体测试设备，提供了一套完整的针对高速DUT的测试设备，由电控模块、测试模块、气源回路、散热模块、显示模块、机架等构成；测试模块中的BIB测试板、FT中间连接板、SITE供电及信号板处于机架同一层的、依次水平对接，采用无需线材的硬连接方式，三者紧密连接，测试精度高，高频能量衰减较小，实现了高速总线测试；并且将核心测试板直接设置在BIB测试板下方，两者通过连接器连接，进一步缩短了核心测试板与被测试器件的距离，进一步降低测试信号的衰减；且FT中间连接板是固定式的，不同型号批次的BIB测试板可以拆卸安装，若对应的SITE供电及信号板有所不同，也可通过SITE拆卸扳手相应地拆卸更换。

所述BIB测试板背面的散热结构可以有多种实现方式，其一是，直接用一排风扇吹风进行散热；其二是，采用CN109119127A中的散热腔结构通过管道直接对准ALPG板通散热气体；其三是，采用如下方案：

如图1、4-6所示，所述气源回路设置在所述密封腔体内部及其与所述机架之间，所述气源回路包括释放阀、调压阀、气源进气孔、气源出气孔；所述释放阀、调节阀设置在所述机架上，所述气源进气孔、气源出气孔设置在所述密封腔体的侧面，腔体进气侧端部设计有密封锁止机构；工作时，CDA气体依次经过所述释放阀、调压阀，流向所述气源进气孔，进入所述密封腔体，对内部高热器件进行散热，并从所述气源出气孔排出。所述密封腔体分为若干独立的腔室，每个腔室均设有一套CDA散热结构，分别进行散热。所述CDA散热结构包括进气管、喷气口；沿所述进气管的气流方向依次开设若干所述喷气口，CDA从所述进气管的一端压入，经所述喷气口喷向所述ALPG板，并从所述气源出气孔将腔体内热量导出。所述进气管上各所述喷气口的开孔大小不同，根据压力损失模拟计算确定，用于使各所述ALPG板的温度均匀。密封腔体分为若干独立的腔室，分别进行散热，每个腔室均构造一套CDA散热结构，将腔体内部的热量迅速导出；通过采用密封腔体隔离且单独散热的办法，解决了测试过程中器件散热难题，同时又解决了高速总线测试的难题。因进气管沿气体流向各喷气孔直径大小不一，根据压力损失模拟计算确定，可使各核心板温度一致，从而保证了所有核心板能够长时间在密闭环境中正常工作，避免了恶劣高温环境的冲击，降低高低温下器件失稳的可能性，保证了测试信号质量，延长了测试系统寿命。

如图7所示，所述BIB测试板为腔体结构，包括PCB板，PCB板以上部分（包含刚度加强框架、socket、DUT）直接处于操作环境中，PCB板以下部分（包含隔热垫、测试核心板即ALPG板、ALPG散热器、进气管）处于密封腔体内部；密封腔体采用隔热材质以隔离测试时外部的高低温，本实施例中使用环氧树脂。为进一步减少热量通过PCB板传导至密封腔体内部，PCB板与核心板之间设置有隔热垫，本实施例中使用泡沫硅胶隔热材质。通过构造腔体结构，测试时被测DUT直接处于操作环境中，而测试系统的核心部件ALPG板处于密封腔体内部，腔体内部设计专用隔热、导热、散热、压力控制、板间连接及密封等结构，可以充分保护测试系统核心器件。

所述SITE供电及信号板及所述ALPG板均设有散热模块，所述机架四周的柜门至少部分可开启且设有散热孔。如图1-2所示，所述SITE供电及信号板的散热模块包括两端对流布置的若干风扇。如图8所示，所述ALPG板的散热模块包括ALPG散热器、导热垫及导热垫压力控制结构；所述导热垫设置在所述ALPG板和所述ALPG散热器之间，所述导热垫压力控制结构，用于调节控制所述ALPG板和所述ALPG散热器之间的压力。如图9所示，所述导热垫压力控制结构包括多组螺钉、弹簧；所述螺钉穿过依次穿过弹簧、散热器，并于所述ALPG板连接；通过松紧螺钉，调节控制弹簧的压缩量，进而控制导热垫压力大小。通过构造导热垫压力控制结构，尤其是通过松紧螺钉，调节控制弹簧的压缩量，导热垫压力大小因此得到准确控制，提高了导热效果，确保了芯片的安全。

如图7所示，所述PCB板具有刚度加强结构，用于减小DUT和ALPG板安装时PCB板的变形；所述刚度加强结构包括固定在所述PCB板外周的PCB板刚度加强框架。通过构造刚度加强结构，在施力安装DUT和ALPG板时，由于框架与PCB板通过螺钉连接在一起，使PCB板整体成一刚体，有效避免了PCB板的变形，加强了各器件之间的接触。

如图10所示，所述PCB板与ALPG板之间设置有连接器防松脱结构；所述连接器防松脱结构包括第一支撑部和/或第二支撑部；所述第一支撑部用于提供所述ALPG板侧边与所述密封腔体之间的支撑，所述第一支撑部构造为所述密封腔体内的腔体凸台；所述第二支撑部用于提供所述ALPG板底部与所述密封腔体之间的支撑，所述第二支撑部构造为所述密封腔体内分布的若干支撑柱。通过构造连接器防松脱结构，确保了PCB板与ALPG板之间的相对距离不会因外界因素发生变化；尤其是，腔体凸台在侧边杜绝连接器脱离，每个ALPG板设置多个支撑柱从不同区域分别防止连接器松脱。

设备操作位处于BIB测试板上方，使用时人工将DUT一个个放入BIB测试板上的socket中，按压socket使DUT与BIB板上的各触点接触良好。电脑端（包括主机、键盘鼠标）打开专用软件，选择算法，经过一系列处理，测试结构将显示在显示模块（如显示器）中。

设备运行时，因高速且传输大量数据，因此SITE供电及信号板和BIB测试板均大量发热，SITE供电及信号板热量通过风扇的对流作用带走，BIB测试板热量由腔体内部的CDA带走。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体测试设备，包括电控模块、测试模块、散热模块，其特征在于：

还包括气源回路，所述电控模块、测试模块、气源回路、散热模块设置在机架上；

所述测试模块包括BIB测试板和SITE供电及信号板，所述BIB测试板为半导体测试设备的老化测试板卡，所述SITE供电及信号板用于为所述BIB测试板提供电源和驱动信号；

所述BIB测试板和所述SITE供电及信号板分别与FT中间连接板无线材硬对接连接；

所述BIB测试板与测试核心板的位置关系为上下关系，且，

同一块所述BIB测试板的上面设置有待测器件，同时，下面连接有测试核心板；所述测试核心板用于产生施加于被测半导体器件的算法测试模式；

所述气源回路正对所述测试核心板设置，用于对所述测试核心板进行温度调节；

所述散热模块正对所述BIB测试板设置，用于对所述BIB测试板进行散热。

2.如权利要求1所述的半导体测试设备，其特征在于：

所述气源回路包括释放阀、调压阀、气源进气孔、气源出气孔；

所述释放阀、调节阀设置在所述机架上，所述气源进气孔、气源出气孔设置在所述测试模块的侧面。

3.如权利要求1所述的半导体测试设备，其特征在于：

所述BIB测试板、FT中间连接板、SITE供电及信号板处于机架同一层、依次水平对接。

4.如权利要求1或3所述的半导体测试设备，其特征在于：

所述BIB测试板与FT中间连接板之间通过金手指插接；和/或，所述SITE供电及信号板与FT中间连接板之间通过高速针状连接器进行连接。

5.如权利要求1所述的半导体测试设备，其特征在于：

所述FT中间连接板固定于所述机架上，所述BIB测试板、SITE供电及信号板均可拆卸地连接所述机架和所述FT中间连接板。

6.如权利要求1所述的半导体测试设备，其特征在于：

所述散热模块为风扇。

7.如权利要求1所述的半导体测试设备，其特征在于：

所述气源回路中的气体为CDA气体。

8.如权利要求1所述的半导体测试设备，其特征在于：

所述电控模块包含总电源旋转开关、断路器；

所述断路器在总电源旋转开关处设置有输入断路器和输出断路器两个断路器，所述输入断路器用于在外部工业用电向设备输入电流时起断路保护作用，防止外部输入电流过高造成设备损坏；所述输出断路器用于在设备电源向SITE供电及信号板输入电流时起断路保护作用，防止输入电流过高造成SITE供电及信号板损坏。

9.如权利要求1所述的半导体测试设备，其特征在于：

所述电控模块包含交换机；

设备的主机通过所述交换机与所述SITE供电及信号板相连，三者之间各自通过网线连接，交换机具有一个输入网口，多个输出网口，其中输入网口连接所述SITE供电及信号板，输出网口的其中一个与主机连接。

10.如权利要求2所述的半导体测试设备，其特征在于：

所述BIB测试板的背面为密封腔体，所述密封腔体分为若干独立的腔室，每个腔室均设有一套气体散热结构，分别进行散热；

所述气体散热结构包括进气管、喷气口；

沿所述进气管的气流方向依次开设若干所述喷气口，气体从所述进气管的一端压入，经所述喷气口喷向所述测试核心板，并从所述气源出气孔将腔体内热量导出。

Images